(57)【要約】【課題】  燃料電池から漏洩する水素ガスを確実に希釈し、かつその漏洩水素ガスの濃度検出を確実にできるようにする。【解決手段】  車両フロア１の下部に、容器３に収容した燃料電池５と、その車両後方にて中空のパイプ材からなるタンクフレーム１１に支持した燃料タンク９とをそれぞれ配置する。燃料電池５から漏洩した水素ガスを容器３の気体排出口３ａから排出し、この排出水素を外気とともに気体希釈器１５を通してタンクフレーム１１内に導入し、タンクフレーム１１に設けた気体放出口からタンクフレーム１１の外部に放出する。気体希釈器１５の下流側には水素濃度センサを設けて水素濃度を検出する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両フロア下に、開口部を有する容器に収納した燃料電池および、中空のパイプ構造からなるタンクフレームで支持した燃料タンクをそれぞれ配置し、前記容器の開口部近傍に、前記燃料電池から漏洩した気体燃料を外気により希釈して前記タンクフレーム内部に導入する気体希釈器を設け、この気体希釈器の下流に前記気体燃料の濃度を検出する気体濃度センサを設けたことを特徴とする燃料電池車両の気体燃料希釈構造。
【請求項２】
前記タンクフレームの互いに対向する内側部分に、前記タンクフレーム内部に導入した前記気体燃料をタンクフレーム外部に放出する気体放出口を、互いに対向するよう複数設けたことを特徴とする請求項１記載の燃料電池車両の気体燃料希釈構造。
【請求項３】
前記タンクフレーム内部に導入した前記気体燃料をタンクフレーム外部に放出する気体放出口を一つ設け、この一つの気体放出口に、前記気体濃度センサを設けたことを特徴とする請求項１記載の燃料電池車両の気体燃料希釈構造。
【請求項４】
前記タンクフレーム内部に、前記気体燃料が前記気体希釈器から前記気体放出口まで一方向に向けて流れる流路を少なくとも一つ設けたことを特徴とする請求項３記載の燃料電池車両の気体燃料希釈構造。
【請求項５】
前記気体希釈器を、ダクトと、このダクト内に配置したファンとで構成し、前記ファン下流のダクト内面を前記気体燃料を案内する傾斜面とし、この傾斜面の下流側に前記気体濃度センサを設けたことを特徴とする請求項１または２記載の燃料電池車両の気体燃料希釈構造。
【請求項６】
前記容器の車両後方側に前記タンクフレームを配置し、前記容器の車両後方側に設けた前記開口部と前記タンクフレームとの間に前記気体希釈器を設けたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の燃料電池車両の気体燃料希釈構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載した燃料電池から漏洩する気体燃料を希釈する燃料電池車両の気体燃料希釈構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来燃料電池を搭載する車両として下記特許文献１に記載のものがあるが、これには燃料電池から漏洩する気体（水素ガス）の具体的な希釈構造の開示はない。しかしながら、この燃料電池車両においては、実質上漏洩水素の希釈構造となっている。
【０００３】
すなわち、この燃料電池車両は、フロア下に燃料電池を、この燃料電池の車両後方であってリアシート下部に燃料タンクをそれぞれ備え、燃料タンク搭載部のフロアは上方に凸の構造となっている。また、燃料電池の車両側方部および下部を覆うようにアンダーカバーを設置し、燃料電池設置部に対応するフロアの上方に向けて突出させたビード部内側の最上部に水素濃度センサを設けることで、水素の漏洩を検出しようとしている。
【特許文献１】特開２００３−１８２３７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記した従来の燃料電池車両の気体希釈構造では、フロア下面の最上部の水素濃度センサ設置部に、漏洩した水素が流入しにくい上、走行風により漏洩水素の希釈を行うことになるため、アンダーカバーは設置されているものの、希釈された気体は走行風により分散し、漏洩した気体を確実に検出できない。
【０００５】
そこで、本発明は、燃料電池からの漏洩気体を確実に希釈し、かつその漏洩気体を確実に検出できるようにすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、車両フロア下に、開口部を有する容器に収納した燃料電池および、中空のパイプ構造からなるタンクフレームで支持した燃料タンクをそれぞれ配置し、前記容器の開口部近傍に、前記燃料電池から漏洩した気体燃料を外気により希釈して前記タンクフレーム内部に導入する気体希釈器を設け、この気体希釈器の下流に前記気体燃料の濃度を検出する気体濃度センサを設けたことを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、燃料電池を収容する容器に設けた開口部近傍に気体希釈器を設けることで、容器内にて燃料電池から漏洩した気体燃料は、気体希釈器により外気とともにタンクフレーム内部に導入されるので、燃料電池から漏洩した気体燃料を確実に希釈することができる。また、気体希釈器下流に気体濃度センサを設けたので、タンクフレーム内部に導入する気体燃料の濃度を確実に検出することができる。さらに、中空のタンクフレーム内に、導入した気体燃料を蓄積することで、バッファ機能を持たせることができるので、漏洩した気体燃料を直接大気開放する場合と比べて気体燃料濃度を均一化することが可能となり、気体燃料濃度の検出精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【０００９】
図１は、本発明の第１の実施形態に係わる燃料電池車両の気体燃料希釈構造を示す側面図である。なお、図１中で左側が車両前方である。この燃料電池車両は、車両フロア１の下部に容器３を固定し、この容器３内に燃料電池５を収容している。燃料電池５は、後述する燃料タンク９内の水素と空気との供給を受けて発電し、この発電電力を図示しない駆動モータに出力して車両を動かす。
【００１０】
上記した燃料電池５の車両後方の車両フロア１は、上方に突出する凸部１ａを有し、この凸部１ａ上にリアシート７を設置する。燃料電池５の車両後方側の車両フロア１の凸部１ａの下部には、燃料電池５に供給する水素を高圧で格納する燃料タンク９を配置する。この燃料タンク９は、車両フロア１下部の図示しないサイドメンバなどの車両骨格部材に固定したタンクフレーム１１に支持してある。
【００１１】
図２は、図１の車両フロア１を省略した図１の平面図、図３は、図２の燃料タンク９を省略したタンクフレーム１１の平面図、図４は、タンクフレーム１１の斜視図である。このタンクフレーム１１は、ほぼ円筒形状の燃料タンク９の底部の前，後、および左，右を覆うように支持する底部前，後フレーム１１ａ，１１ｂ、底部左，右フレーム１１ｃ，１１ｄと、燃料タンク９の高さ方向中間部の前，後、および左，右を支持する胴部前，後フレーム１１ｅ，１１ｆ、胴部左，右フレーム１１ｇ，１１ｈと、胴部後フレーム１１ｆの左右両側部から後傾上方に向けて連設した取付フレームとなる後部エクステンションフレーム１１ｉと、これら左右の後部エクステンションフレーム１１ｉ，１１ｉの上端部を互いに連結する連結フレーム１１ｊと、胴部前フレーム１１ｅ，底部前フレーム１１ａ，底部後フレーム１１ｂ，胴部後フレーム１１ｆに亘って、燃料タンク９のほぼ下半部を抱持する左右一対のほぼ半円状の固定フレーム１１ｍとを、それぞれ備えている。
【００１２】
前記胴部左，右フレーム１１ｇ，１１ｈの前側部と、胴部前フレーム１１ｅの左右両側部とにそれぞれ斜状に跨ってガセットフレーム１１ｋを連結している。胴部左，右フレーム１１ｇ，１１ｈの前端部のガセットフレーム１１ｋへの連結部分には、前部エクステンションフレーム１１ｐを車幅方向外側でかつ車両前側の斜め上方に向けて突出して形成し、胴部前フレーム１１ｅのガセットフレーム１１ｋへの左右端部の連結部分には、前部エクステンションフレーム１１ｑを車幅方向外側の斜め上方に向けて突出して形成してある。
【００１３】
前記底部左，右フレーム１１ｃ，１１ｄは、それらの前端をガセットフレーム１１ｋに連結し、後端部は胴部後フレーム１１ｆと胴部左，右フレーム１１ｇ，１１ｈとの連設部分に連結してある。
【００１４】
上記した底部前，後フレーム１１ａ，１１ｂ、底部左，右フレーム１１ｃ，１１ｄにより底部フレームを構成する一方、胴部前，後フレーム１１ｅ，１１ｆ、胴部左，右フレーム１１ｇ，１１ｈおよびガセットフレーム１１ｋにより上部フレームを構成している。
【００１５】
前記各フレーム１１ａ〜１１ｋ，１１ｐ，１１ｑは何れも金属パイプ材で形成しあり、これら中空のパイプ構造内部は、互いに連通構造とする。
【００１６】
また、前部エクステンションフレーム１１ｐ，１１ｑ相互の連結部分、および連結フレーム１１ｊの左右両側部には、それぞれ金属ブロックからなる前，後の取付ブラケット７，９を設けてある。この前，後の取付ブラケット７，９を、前記した車両フロア下部の所定位置に固定する。
【００１７】
一方、ほぼ半円状の固定フレーム１１ｍは、燃料タンク９を載置してその底部外周を支持するものであり、燃料タンク９の載置面を凹曲面に形成した板材である。
【００１８】
燃料タンク９は、上記した固定フレーム１１ｍ上に載置した状態で、その上方から左右一対のほぼ半円状の緊縛ベルト１３を被冠して、これら固定フレーム１１ｍ，緊縛ベルト１３の前，後端部に設けた固定部１１ｍＡ，１３Ａをボルト・ナットにより締結して、該燃料タンク９をタンクフレーム１１に固定する。
【００１９】
前記固定フレーム１１ｍ，緊縛ベルト１３は、いずれも金属帯板材からなる剛体として構成してあり、燃料タンク９の外周面に当接する内側面はゴム，樹脂などの弾性材からなるクッション部を備えている。
【００２０】
上記したタンクフレーム１１の車幅方向左側（図２，３中で下部側）の固定部１１ｍＡ，１３Ａ近傍における胴部前フレーム１１ｅの容器３に対向する側には、気体希釈器１５を設けてある。
【００２１】
上記した気体希釈器１５に対向する容器３の車両後方側には、開口部としての気体排出口３ａを設ける。気体排出口３ａは、容器３内にて燃料電池５から漏洩した気体燃料である水素ガスを外部に排出する。この気体排出口３ａに対して車幅方向の左右対称位置、すなわち車幅方向右側（図２，３中で上部側）の固定部１１ｍＡ，１３Ａに対応する位置には、容器３内に外気を導入する外気導入口３ｂを設ける。
【００２２】
気体希釈器１５は、気体排出口３ａから流出する水素ガスを外気により希釈するもので、ダクト１７と、ダクト１７内に配置したファン１９とで構成している。なお、ダクト１７の車幅方向中央で車両後方側には、タンクフレーム１１の固定部１１ｍＡおよび緊縛ベルト１３の固定部１３Ａとの干渉を避けるための切欠１７ｄを設けている。
【００２３】
図５は、気体希釈器１５周辺の拡大した断面図で、ダクト１７は、容器３の気体排出口３ａに対向する車両前方側に気体導入口１７ａを有する。気体導入口１７ａは、気体排出口３ａよりも互いに対向する開口面積を大きくして外気Ａを導入しやすくしている。上記した気体導入口１７ａの後方のファン１９下流のダクト内面１７ｂを気体を案内する傾斜面としている。この傾斜面となるダクト内面１７ｂは、下部が上部より車体後方に位置するよう傾斜し、その下端部を胴部前フレーム１１ｅの上部に接続する。
【００２４】
一方ダクト１７の底壁１７ｃの車両後端部は、胴部前フレーム１１ｅの上部に接続し、この接続部分に、ダクト１７と胴部前フレーム１１ｅ内とを連通する連通孔２１を設ける。この連通孔２１の車両後方側の端部であってダクト内面１７ｂの下端部、すなわち傾斜面の下流側に燃料電池５から漏洩した水素ガスの濃度を検出する気体濃度センサ２３を設ける。
【００２５】
図３に示すように、タンクフレーム１１の底部前，後フレーム１１ａ，１１ｂおよび底部左，右フレーム１１ｃ，１１ｄには、タンクフレーム１１内部に導入した希釈後の気体燃料をタンクフレーム外部に放出する気体放出口２５および２７を設けている。
【００２６】
底部前，後フレーム１１ａ，１１ｂのそれぞれの気体放出口２５は、例えば５個ずつ設けてこれらが互いに対向する位置に設定する。一方、底部左，右フレーム１１ｃ，１１ｄのそれぞれの気体放出口２７は、例えば２個ずつ設けてこれらが互いに対向する位置に設定する。
【００２７】
次に、作用を説明する。燃料電池５から容器３内に漏洩した水素ガスは、気体希釈器１５のファン１９の駆動により、外気導入口３ｂからの外気導入に伴って容器３内から気体排出口３ａを経てダクト１７内に流入する。このとき図５に示すように、外気Ａも漏洩水素ガスＨとともにダクト１７内に流入するので、これら両者が混合して水素ガスＨを確実に希釈する。
【００２８】
外気Ａによって希釈されたと漏洩水素ガスＨは、ファン１９下流の傾斜しているダクト内面１７ｂに案内されて下方に向かい、下部に設けた気体濃度センサ２３によって水素濃度を確実に検出する。
【００２９】
ダクト１７内の希釈された水素ガスは、連通孔２１を通ってタンクフレーム１１の胴部前フレーム１１ｅ内に流入し、その後互いに連通構造のタンクフレーム１１内の各部を流れた後、図３に示す気体放出口２５および２７からタンクフレーム１１の外部に、分散して放出する。これにより、水素ガスを大気開放したときの水素濃度を低減することができる。
【００３０】
このとき、中空のタンクフレーム１１内に、導入した気体を蓄積することで、バッファ機能を持たせることができるので、漏洩水素ガスを直接大気開放する場合と比べて気体濃度を均一化することが可能となり、気体濃度センサ２３による気体濃度の検出精度を向上させることができる。
【００３１】
また、底部前，後フレーム１１ａ，１１ｂのそれぞれの気体放出口２５を、互いに対向する位置に設定する一方、底部左，右フレーム１１ｃ，１１ｄのそれぞれの気体放出口２７も、互いに対向する位置に設定しているので、放出した気体は、車両外方への直接放出を回避できるとともに、放出エネルギ（流速，圧力）が大きい場合でも、放出した噴流同士が互いに衝突してその運動エネルギにより双方の勢いを相殺することができる。
【００３２】
なお、気体放出口２５を胴部前，後フレーム１１ｅ，１１ｆに、気体放出口２７を胴部左，右フレーム１１ｇ，１１ｈにそれぞれ設けた場合は、放出した気体を燃料タンク９に当てることで放出エネルギを抑えることができる。
【００３３】
また、気体希釈器１５を、容器３とタンクフレーム１１との間に配置しているので、これら相互間のデッドスペースを有効利用することができる。
【００３４】
図６は、本発明の第２の実施形態を示す、前記図３に相当する平面図である。この実施形態は、底部前フレーム１１ａの車幅方向中央位置でかつ底部後フレーム１１ｂに対向する部位に、一つの気体放出口２５を設け、この一つの気体放出口２５に気体濃度センサ２３を設置している。
【００３５】
また、この実施形態では、タンクフレーム１１内部に、気体が気体希釈器１５から気体放出口２５まで一方向に向けて流れる流路を少なくとも一つ設け、タンクフレーム１１内の気体流路をできるだけ長くなるように構成している。すなわち、気体希釈器１５に流入した気体は、図６中で矢印で示すように、胴部前フレーム１１ｅから左側（図６中で下側）のガセットフレーム１１ｋに向けて流れ、以後胴部左フレーム１１ｇ→胴部後フレーム１１ｆ→胴部右フレーム１１ｈ→右側（図６中で上側）のガセットフレーム１１ｋ→底部右フレーム１１ｄ→底部後フレーム１１ｂ→底部左フレーム１１ｃを経て底部前フレーム１１ａに流入し、気体放出口２５からタンクフレーム外部に放出される。この放出時に、気体濃度センサ２３によって水素濃度を検出する。
【００３６】
上記した第２の実施形態によれば、気体放出口５を一つにし、この一つの気体放出口５に気体濃度センサ２３を設けたので、希釈後の気体燃料(タンクフレーム外部に放出する直前の気体)を精度よく検出でき、しかも放出する際には気体濃度センサ２３に必ず接触するので、水素ガス濃度を確実に検出できる。
【００３７】
また、気体放出口２５が車両進行方向と反対側に開口しているので、走行風による気体のタンクフレーム１１内への逆流を防止することができる。
【００３８】
さらに、気体希釈器１５から気体放出口２５までのタンクフレーム内流路をできるだけ長くすることで、気体の放出エネルギ(流速、圧力)を抑えることができる。
【００３９】
本発明によれば、希釈後の気体をタンクフレーム外部に放出する気体放出口を、複数設けたので、タンクフレーム内部に流入した気体を分散して放出でき、大気開放したときの気体燃料濃度をより低減することが可能となる。また、複数の気体放出口を互いに対向させることで、車両外方への気体の直接放出を防ぐことができる。さらに、気体方出口からの放出エネルギ(流速、圧力)が大きい場合でも、放出気体の噴流同士を直接衝突させ、噴流同士の運動エネルギにより双方の勢いを相殺することができる。
【００４０】
前記気体濃度センサを、タンクフレームに一つ設けた気体放出口に配置することで、希釈後の気体燃料(タンクフレーム外部に放出する直前の気体)を精度よく検出でき、しかも放出する際には気体濃度センサに必ず接触するので、気体濃度を確実に検出できる。
【００４１】
タンクフレーム内部に、気体燃料が前記気体希釈器から前記気体放出口まで一方向に向けて流れる流路を少なくとも一つ設けたので、気体希釈器から気体放出口までの気体流路を長く設定でき、気体放出エネルギ(流速、圧力)を抑えることができる。
【００４２】
気体希釈器を、ダクトと、このダクト内に配置したファンとで構成し、前記ファン下流のダクト内面を気体燃料を案内する傾斜面とし、この傾斜面の下流側に気体濃度センサを設けたので、気体希釈器内に流入した気体燃料は、傾斜面に沿って気体濃度センサに確実に接触し、気体濃度の検出を確実に行うことができる。
【００４３】
前記容器の車両後方側に前記タンクフレームを配置し、前記容器の車両後方側に設けた前記開口部と前記タンクフレームとの間に前記気体希釈器を設けたので、気体希釈器を設置する際に、容器とタンクフレームの間のデッドスペースを有効利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係わる燃料電池車両の気体燃料希釈構造を示す側面図である。
【図２】図１の車両フロアを省略した平面図である。
【図３】図２の燃料タンクを省略したタンクフレームの平面図である。
【図４】タンクフレームの斜視図である。
【図５】気体希釈器周辺の拡大した断面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態を示す、図３に相当する平面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１  車両フロア
３  燃料電池を収容する容器
３ａ  気体排出口（開口部）
５  燃料電池
９  燃料タンク
１１  タンクフレーム
１５  気体希釈器
１７  気体希釈器のダクト
１７ｂ  ダクト内面（傾斜面）
１９  気体希釈器のファン
２３  気体濃度センサ
２５，２７  気体放出口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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